8 - Dimensionamento Placas_vent_bocais

Instrumentao e Controle

Medio de Vazo:

Placas de Orifcio, Bocais e Venturis

Referncias Bibliogrficas

- Delme; Manual de Medio de Vazo; Edgard Blucher

- Martins; Manual de Medio de Vazo atravs de Placas de Orifcio, Bocais e Venturis; Intercincia

- Bega, et al; Instrumentao Industrial; Intercincia

- Miller; Flow measurement engineering handbook

- Endress-Hauser; Flow Handbook

Referncias Bibliogrficas

- Medio de vazo atravs de placas de orifcio, bocais e venturis

- Tipos de medidores

- Caractersticas destes medidores

Medio de Vazo

Placas de Orifcio: Tipos e Caractersticas

Elemento primrio amplamente utilizado em instalaes industriais, baseado no princpio de medio partir da variao do diferencial de presso em um orifcio com a variao da vazo

Placas de orifcio:

Elemento primrio amplamente utilizado em instalaes industriais, baseado no princpio de medio partir da variao do diferencial de presso em um orifcio com a variao da vazo

Placas de orifcio:

Vantagens:

- Facilidade de instalao e de manuteno

- Boa confiabilidade

- Custo relativamente baixo

Desvantagens:

- No linearidade

- Baixa Rangeabilidade (5:1, com o uso da nova tecnologia de transmissores microprocessados. Com os transmissores analgicos antigos, essa rangeabilidade era de 3:1)

- Grande dependncia das condies operacionais

Caractersticas:

Princpio de medio:

Princpio de medio:

Placa de orifcio montada entre flanges com tomadas flange taps

Geometria:

Detalhe em corte da placa de orifcio

Outras Geometrias:

Tipos de Placas

Quanto ao orifcio:

Concntrica

Segmental

Excntrica

Quanto ao bordo

Bordo Reto

Bordo Quadrante

Entrada Cnica

Tomadas de Presso:

Orifcio Integral

Aplicado a pequenas vazes

Dimetros inferiores a 2 polegadas (de a 2 polegadas)

O transmissor integrado ao elemento primrio

Bocais: Tipos e Caractersticas

- Bocal ISA 1932

- Bocal de Raio Longo

- Bocal Venturi

Medidores baseados em diferencial de presso: Bocal

Bocal Isa 1932

Aplicado a grandes vazes

Dimetros entre 2 a 20 polegadas


Bocal de Raio Longo

Aplicado a grandes vazes

Dimetros entre 2 a 25 polegadas


Bocal Venturi

Aplicado a grandes vazes e baixas perdas de carga

Dimetros entre 2 1/2 a 20 polegadas


Medidores baseados em diferencial de presso: Venturi

Venturis: tipos e caractersticas

Os dois tipos mais utilizados de tubo Venturi so:

- Clssico longo

- Clssico curto

Retangular:

Normalmente aplicado a instalaes em dutos de ar a baixa presso

Coeficiente de descarga estvel (vazo real/ vazo terica);

Baixa perda de carga;



Clssico longo

- o difusor aumenta progressivamente at igualar-se ao dimetro da tubulao.

Difusor


Clssico curto

- possui o difusor truncado


Caractersticas construtivas


Retangular

O tipo retangular utilizado em dutos de configurao retangular como os utilizados para ar em caldeira a vapor.


Vantagens

resistncia a abraso e ao acmulo de poeira ou sedimentos;

capacidade de medio em grandes tubulaes;

menor perda de carga quando comparada a placa de orifcio para as mesmas condies de escoamento (tipicamente 20% da perda da placa)


Desvantagens

custo elevado (em mdia, 20 vezes mais caro que uma placa de orifcio);

dimenses elevadas;

dificuldade de troca uma vez instalado.

Placas de orifcio, Bocais de Vazo e Tubos Venturi

- Desenvolvimento das equaes de vazo

- Dimensionamento, Instalao e Manuteno

- Normas

- Avaliao das variveis envolvidas na medio por diferencial de presso

Medio de Vazo

Desenvolvimento das equaes de vazo

- Desenvolvimento das equaes de medio atravs de elementos geradores de perda de carga no escoamento

- Histrico evolutivo

Derivao da Equao Bsica:

Fluxo unidimensional, incompressvel, sem fluxo de calor e trabalho atravessando as fronteiras do sistema;

(1) A montante da placa

(2) Na placa


2211

2

222

2

111

....

22

vAvAQ

g

vPz

g

vPz

2

1

2

212

1.

.2.

A

A

PPAQ

Definindo e introduzindo o fator de expanso


212

2

2

2

.2.

4.

1

1 PPd

D

d

Q

D

d

21

2

4

2 .2.

4.

1.

PPDQ


Por definio: (coeficiente de descarga)

teorico

real

Q

QC

PDCQreal

.2.

4.

1..

2

4

2

nbCfC Re.Re,

P ,

QQteorico


Escoamento real por placa de orifcio

Ref: Delme, Manual de Medio de Vazo


Desenvolvimento do coeficiente de descarga

- So formulaes determinadas experimentalmente;

- So funo do tipo de elemento primrio, da posio das tomadas, do dimetro da linha, do beta do medidor e do Nmero de Reynolds;

- Tubos Venturi possuem coeficiente de descarga prximo de 1, enquanto placas de orifcio de borbo reto apresentam um valor de C em torno de 0,61 para altos nmeros de Reynolds.


Histrico do desenvolvimento do coeficiente de descarga

- Buckingham desenvolveu equaes especficas para placas de orifcio, uma para cada tipo de tomada;

- Stolz apresentou uma nica equao para placas com tomadas nos flanges, faces e em D e D/2, mas limitada a nmero de Reynolds elevados (acima de );

- Reader-Harris e Gallager aproveitaram a estrutura da equao de Stolz e estenderam a aplicabilidade da equao a nmero de Reynolds mais baixos, ao limite inferior do escoamento turbulento: 4000 ou , o maior .

D21260

D2170


Exemplo: Equao de Buckingham

- Para placa de orifcio, tomada nos flanges e dimetro da linha maior que 58,6mm

DDC

3

4

481,2 000856,0

1

002286,0184,00312,05959,0

5,2706,91 b

75,0n

1

4

.35,041,01

Pk

P


Equaes de Coeficiente de Descarga de Reader-Harris/Gallagher

- nica equao aplicada a placas de orifcio, tomada nos flanges, faces e em D e D/2 e dimetro da linha maior que 58,6mm

- Adotada na ISO 5167*98 e AGA 8, com parmetros ligeiramente diferentes ligadas a consideraes sobre limites de beta, incertezas e dados laboratoriais para os clculos estatsticos que geraram os parmetros

Grficos para coeficientes de descarga tomadas nas faces:

Re

Grficos para coeficientes de descarga tomadas em 2 e 8D:

Re

Fatores de Expanso para k=1,4

Furos de dreno e vent:

As placas de orifcios podem apresentar furao de dreno ou de respiro (vent)

Dreno: Evitar acumulao de pequena quantidade de lquido a montante do elemento primrio em medio de vazo de gs com arraste de lquidos em tubulaes horizontais;

Respiro: Evitar acumulao de pequena quantidade de gs a montante do elemento primrio em medio de vazo de lquidos com arraste de gs em tubulaes horizontais.

Furos de dreno e vent:

Para levar em considerao a vazo por esses furos, introduzido um fator Fh (igual a 1 na ausncia desse furo);

A eficincia desses furos duvidosa, tendo em vista a possibilidade de entupimento;

A ISO no considera este fator, mas a BS considera.

PDFCQ hreal

.2.

4.

1...

2

4

2

2

411

d

dF hh

Dimensionamento

- Procedimentos para dimensionamento

- Dados de processo

- Limitaes de dimensionamento

Medio de Vazo

Procedimento de dimensionamento:

Agrupando os termos independentes de , definimos o parmetro S como:

- A determinao de se faz atravs de aproximaes sucessivas, estimando-se um valor inicial para e calculando o coeficiente de descarga e fator de expanso em funo do mesmo at que a diferena entre

4

2

21

...2..

..4

hFC

PD

QS

0

0001,01

i

ii

1..

1.

11

4

1

ihii

i

iFC

S

assim,


2

WS

A P

25,02

211

k

S

k

1

4Re

W

D

i

i

i

h i

f

f

F f

hF

S

i

N

dentro

da faixa?

N Alterar range do instrumento

de presso diferencial

d = D

S

S

41

C

Viscosidade absoluta (cP)

ttdd mm 1

ReDV


Para o clculo de k1 e k2, existe uma tabela que correlaciona o tipo de elemento primrio com esses valores;

Nessa tabela, embora no apresentado, tambm podem ser encontrados dados para venturi e bocal.

Tipo de Elemento k1 k2 Orifcio bordo reto Re>200000

0,6 0

Orifcio bordo reto Re


Determinao de nas condies de manufatura

Cproj 020@@

opplacaM Tdd 15,293.1.

optubulaoM TDD 15,293.1.int

M

MM

D

d

Nmero de condies operacionais (normal, mxima e mnima)

Vazo

Range de calibrao

Presso a montante

Massa especfica (lquidos)

Viscosidade (lquidos)

Temperatura a montante (gas e vapor)

Peso molecular (gas e vapor)

Fator de compressibilidade (gas e vapor)

Cp/Cv (gas e vapor)

Dimetro interno da linha

Dados de Processo para Dimensionamento de Placas de Orifcio:

Limites:

Dimetro do elemento primrio

Limites:

Dimetro interno da tubulao

Limites:

Limites:

Nmero de Reynolds

Instalao e Manuteno

- Cuidades de instalao

- Problemas comuns de manuteno

Medio de Vazo

Cuidados de Instalao:

Sentido da face

Posio da haste

Posio das tomadas em relao ao tipo de fluido

Encaminhamento das linhas de impulso

Selagem

Purga

Comprimento de trechos retos a montante e jusante

Cuidados de Instalao:

Os medidores de presso diferencial devem ser instalados o mais prximo possvel das tomadas de presso, para melhorar a velocidade de resposta e evitar problemas com o encaminhamento das linhas de impulso;

Os dimetros internos das duas linhas de conexo (tomadas de impulso) devem ser iguais. Normalmente tubing de polegada.

H vrias montagens diferentes em funo do estado fsico do fluido e de suas caractersticas:

Fluido limpo ou sujo

Fluido corrosivo ou no

Gs com ou sem condensado

Posio das tomadas:

Quando as tomadas esto na parte inferior do flange, qualquer slido em suspenso pode entupir as tomadas;

Quando as tomadas esto na parte superior da tubulao, qualquer gs dissolvido pode gerar erros e distrbios na medio;

Para a localizao das tomadas de processo no flange utiliza-se, como regra geral, para tubulaes horizontais:

Gs/Vapor: Tomadas Superiores

Lquido: Tomadas Inferiores

Posio das Tomadas:

Encaminhamento das Linhas de Impulso:

Minimizar comprimento das linhas;

Evitar pontos de acmulo de condensado (gases);

Evitar pontos de acmulo de gases (lquidos);

Prever suportao para minimizar vibrao;

Quando possvel, minimizar uso de selagem.

Posio dos transmissores em relao as tomadas:

Selagem:

Deve ser previsto selagem adequada para transmissores que vierem a ser posicionados ao nvel do piso.

Selagem para fluidos viscosos e corrosivos:

Para fluidos que solidifiquem na temperatura ambiente, as tomadas de impulso devem ser traceadas;

Os lquidos corrosivos devem ser mantidos afastados do elemento secundrio:

Para evitar esse contato, so utilizados os lquidos de selagem, com instalao de potes ou ts de selagem;

O lquido de selagem no pode se misturar nem reagir com o fluido do processo;

Pode ser utilizado tambm, um diafragma de selagem, onde nesse caso, o material do diafragma deve ser resistente ao lquido corrosivo.

Steam Tracing sem Isolamento Trmico de Tomadas:

Steam Tracing e Isolamento Trmico de Tomadas + Selagem com Pote e T

Conexes ao transmissor diferencial de presso e compartilhamento de tomadas:

Cuidado!!!

Purga Contnua X Espordica:

Se o fluido de processo no puder entrar em contato com o medidor de presso diferencial devido a problemas de sujeira, sedimentos, solidificao ou entupimento do fluido de processo nas linhas de conexo, so usados flushing ou purga.

Limpeza de Tomadas:

- Dispositivo para limpeza de tomadas

Comprimentos de trechos retos a montante e jusante:

Norma ISO 5167 (Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross section conduits runing full)

Aplicado a medio de vazo baseado em diferencial de presso

- Possui 4 partes

-Parte 1 Consideraes gerais

-Parte 2 Placas de orifcio

-Parte 3 Bocais

-Parte 4 - Venturis

Normas

- ISO 5167 - Escopo

- Define as equaes para dimensionamento dos medidores;

- Define as caractersticas construtivas e especifica as tolerncias para fabricao dos medidores;

- Apresenta suas limitaes e incertezas.

Normas

BS (British Standard) 1042 Measurement of fluid flow in closed conduits

ISO 5168 Measurement of fluid flow Estimation of uncertainty of a flowrate measurement

ANSI/API MPMS Cap. 14; Natural Gas Fluid Measurement

API; Manual of Installation of Refinery Instruments and Control Systems

AGA Report no 3; Gas Measurement Committee

Normas e Referncias Complementares:

- A incerteza dos elementos baseados em diferencial de presso pode ser avaliada pela seguinte equao que consta nas normas ISO 5167 e 5168

Incerteza:

%4

1

4

1.

1

2.

1

2 22222

4

2

2

4

42

MEDPedDCm iiiiiiiQ

- Nomenclatura

- iQm: incerteza sobre a vazo mssica

- iC: incerteza sobre o coeficiente de descarga

- iD: incerteza sobre o dimetro D

- id: incerteza sobre o dimetro d

- ie: incerteza sobre o fator de expanso

- iDP: incerteza sobre a presso diferencial

- iME: incerteza sobre a massa especfica

Incerteza:

- A ISO e a AGA fornecem incertezas levemente diferentes para o coeficiente de descarga e o fator de expanso;

- A diferena pode viabilizar maior aplicabilidade em vazes menores, j que a incerteza nesta regio pode se revelar menor, possibilitando operao com maior rangeabilidade;

- A incerteza no diferencial de presso, no entanto a principal fonte de erro.

Incerteza:

Documents

8 - Dimensionamento Placas_vent_bocais